SIP-30 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARIA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO DIRECCIÓN DE POSGRADO FORMATO GUÍA PARA REGISTRO DE ASIGNATURAS Hoja 1 de 6 I. DATOS DEL PROGRAMA Y LA ASIGNATURA 1.1 NOMBRE DEL PROGRAMA: POSGRADO EN TECNOLOGÍA AVANZADA 1.2 COORDINADOR DEL PROGRAMA: DR. MARTIN DE JESUS NIETO PEREZ 1.3 NOMBRE DE LA ASIGNATURA: TERMODINAMICA 1.4 CLAVE: 3460 (Para ser llenado por la SIP) 1.5 TIPO DE ASIGNATURA: OBLIGATORIA OPTATIVA SEMINARIO ESTANCIA 1.6 NÚMERO DE HORAS: TEORÍA 120 PRACTICA T-P 1.7 UNIDADES DE CRÉDITO: 12 1.8 FECHA DE LA ELABORACIÓN DEL PROGRAMA DE LA ASIGNATURA: 02 05 05 d m a 1.9 SESIÓN DEL COLEGIO DE PROFESORES EN QUE SE ACORDÓ LA IMPLANTACIÓN DE LA ASIGNATURA: SESIÓN No. FECHA: 13 05 05 1.10 FECHA DE REGISTRO EN SIP: (Para ser llenado por la SIP) d M a d m a II. DATOS DEL PERSONAL ACADÉMICO 2.1 COORD. ASIGNATURA: DR. REYNALDO PLESS ELLING CLAVE: 3311-EC-04 2.2 PROFR. PARTICIPANTE: CLAVE: CLAVE:
HOJA 2 DE 6 III. DESCRIPCION DEL CONTENIDO DEL PROGRAMA DE LA ASIGNATURA III.1 OBJETIVO GENERAL: Proporcionar los conocimientos necesarios para el tratamiento de las leyes de la termodinámica y su aplicación al equilibrio y las propiedades de los materiales. Desarrollar las relaciones pertinentes para el equilibrio multifásico a partir del tratamiento de los conceptos de soluciones termodinámicas y aplicarlos a la construcción e interpretación de los diagramas de equilibrio entre fases. Proporcionar los conceptos fundamentales del equilibrio electroquímico y de la termodinámica de superficies. Introducir el concepto de exergía i.e. uso eficiente de la energía en los procesos. III.2 DESCRIPCION DEL CONTENIDO Introducción, descripción del curso y nomenclatura UNIDAD I. Antecedentes 1 I.1 Definiciones y Variables Termodinámicas (Temperatura, Presión, Energía, Energía Interna, Calor, Trabajo, Estado Termodinámico, Fase) I.2 Leyes de los gases y descripción del gas ideal I.3 Variables y funciones de Estado 1.4 Cantidades termodinámicas extensivas e intensivas I.5 Sistemas termodinámicos (abierto, cerrado, aislado) I.6 Ley de los gases ideales I.7 Ecuaciones de estado I.8 Comportamiento de los gases reales (Desviaciones de la idealidad) I.9 Ley cero de la termodinámica I.10 La reacción química y el concepto de estado inicial y final UNIDAD II. Termoquímica y la Primera Ley de la Termodinámica 3 II.1 Enunciados, Establecimiento y Limitaciones de la primera ley de la termodinámica II.2 La capacidad calorífica a presión y a volumen constante. Relación entre C P y C v II.3 La capacidad calorífica de diferentes sustancias. Determinación Teórica y Empírica de la capacidad calorífica para diferentes sustancias. II.4 Entalpía II.5 Bases de datos termodinámicas II.6 Ley de Hess y Balances de Energía II.7 Calorimetría II.8 Calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis de termogramas DSC II.9 Análisis Térmico diferencial (DTA) y análisis de termogramas DTA
HOJA 3 DE 6 UNIDAD III. Segunda Ley de la Termodinámica 3 III.1 Enunciados, Establecimiento y Limitaciones de la segunda ley de la termodinámica III.2 Entropía III.3 Balances de entropía. La entropía como criterio de espontaneidad de procesos. III.4 Ecuación de Clausius III.5 La energía libre de Gibbs. III.6 Balances de energía libre de Gibbs. La energía libre de Gibbs como criterio de espontaneidad de procesos. III.7 La energía libre o energía libre de Helmotz. III.8 Balances de energía libre de Helmotz. La energía libre como criterio de espontaneidad de procesos. III.9 Relaciones de Maxwell III.10 Energía libre de Gibbs en procesos reversibles III.11 Energía libre de Gibbs en procesos irreversibles III.12 Diagramas de Ellingham Richardson UNIDAD IV. Teoría de soluciones 3 IV.1 Fugacidad, actividad, coeficiente de actividad, ley de Raoult IV.2 Cantidades parciales molares IV.3 Cantidades parciales molares relativas IV.4 Potencial químico IV.5 Cantidades parciales molares en exceso IV.6 Soluciones ideales IV.7 Soluciones diluidas IV.8 Soluciones regulares IV.9 Otras soluciones IV.10 Determinación experimental del coeficiente de actividad IV.11 Dependencia del coeficiente de actividad con la concentración y la temperatura UNIDAD V. Constante de equilibrio 1 V.1 Dependencia entre energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio V.2 Constante de equilibrio para gases ideales y constante de equilibrio para gases reales V.3 Constante de equilibrio para soluciones diluidas V.4 Constante de equilibrio para reacciones heterogéneas V.5 Dependencia entre la energía libre de Gibbs y la temperatura
HOJA 4 DE 6 UNIDAD VI. Diagramas de equilibrio entre fases 4 VI.1 Regla de las fases de Gibbs VI.2 Diagramas de equilibrio entre fases unitarios VI.3 El diagrama de equilibrio entre fases del agua. Diagrama PVT del agua. VI.4 Diagramas de equilibrio entre fases binarios VI.4.1 Reglas de construcción VI.4.2 Diagramas isotérmicos energía libre de Gibbs en función de la composición para sistemas binarios VI.4.3 Reacciones invariantes en los diagramas de equilibrio entre fases binarios VI.4.4 Ejemplos tipo de diagramas de equilibrio entre fases binarios VI.4.5 Determinación experimental de los diagramas de equilibrio entre fases binarios VI.4.6 Determinación numérica de los diagramas de equilibrio entre fases binarios VI.5 Regla de la palanca. Balances de materia VI.5.1 Aplicaciones de la regla de la palanca en los diagramas de equilibrio entre fases binarios VI.6 Compuestos intermediaros en los diagramas de equilibrio entre fases binarios VI.7 Uso de los diagramas de equilibrio entre fases binarios VI.8 Diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.8.1 Reglas de construcción VI.8.2 Reacciones invariantes en los diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.8.3 Ejemplos tipo de diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.8.4 Cortes isotérmicos en diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.8.5 Cortes isopléticos en diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.8.6 Determinación experimental de los diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.8.7 Determinación numérica de los diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.9 Aplicaciones de la regla de la palanca en los diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.10 Compuestos intermediaros en los diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.11 Uso de los diagramas de equilibrio entre fases ternarios VI.12 Diagramas de orden superior. Ejemplos de construcción y uso
HOJA 5 DE 6 UNIDAD VII. Termodinámica de superficies (introducción) 2 VII.1 Definición de superficie y estructura de las superficies VII.2 Tensión superficial VII.3 Interfases curvas VII.3.1 Ecuación de Young-Laplace VII.3.2 Ecuación de adsorción de Gibbs VII.3.3 Presión de vapor en superficies curvas VII.3.4 Ecuación de Kelvin VII.3.5 Punto de ebullición en superficies curvas VII.3.6 Solubilidad en superficies curvas VII.3.7 Potencial químico en superficies curvas VII.3.8 Capilaridad VII.3.9 Angulo de contacto UNIDAD VIII. Electroquímica (introducción) 2 VIII.1 Electrodo y potencial de electrodo VIII.2 Celdas electroquímicas VIII.3 Ecuación de Nerst VIII.4 Correspondencia entre potencial químico y potencial electroquímico VIII.5 Diagramas de Pourbaix VIII.5.1 Construcción de los diagramas de Pourbaix VIII.5.2 Ejemplos de uso de los diagramas de Pourbaix (solubilidad, precipitación y corrosión) VIII.6 Determinación electroquímica de coeficientes de actividad (ph) UNIDAD IX. Exergía (introducción) 1 IX.1 El concepto de exergía IX.2 Eficiencia en el uso de la energía (Energía vs. Exergía) IX.3 Balances exegéticos IX.4 Exergía, Sociedad y Medio Ambiente
HOJA 6 DE 6 III.3 BIBLIOGRAFIA UTILIZADA EN LA ASIGNATURA 1 C. H. P. Lupis. Chemical Thermodynamics of Materials. Elsevier Science Pu. Co. ISBN: 0-444-00779-2, 1983 2 G. M. Anderson. Thermodynamics of natural systems. John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 0-471-10943-6., 1996 3 J. Ott and Juliana Boering-Goates. Chemical Thermodynamics: Principles and Applications. Academic Press. ISBN 0-12-530990-2. 2000 4 J. Ott and Juliana Boering-Goates. Chemical Thermodynamics: Advanced Applications. Academic Press. ISBN 0-12-530985-6. 2000 5 Donald T. Hayne. Biological Thermodynamics. Cambridge University Press. ISBN-13:9780521791656. 2001 6 Norio Sato. Chemical Energy and Exergy. Elsevier Science. ISBN 0-444-51645-X. 2004 7 Paul Arnaud. Chimie Physique. Dunod. ISBN 2 10 003209 7. 1998 8 John B. Hudson. Surface Science.John Wiley & Sons. ISBN 0-471-25239-5. 1992 III.4 PROCEDIMIENTOS O INSTRUMENTOS DE EVALUACION A UTILIZAR El estudiante presentará tres evaluaciones escritas (6, 12 y 18 semana) y una evaluación final (semana 20). Quincenalmente el estudiante entregará resuelto un problemario constituido de 10 a 15 problemas cada uno. Quincenalmente se le entregará al estudiante un artículo de investigación para que él lo revise y entregue un análisis crítico escrito de tres cuartillas..el estudiante presentará al final del curso un trabajo escrito de 20 cuartillas que contenga los conceptos termodinámicos que formaran parte de su trabajo de tesis de investigación.